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原文传递可逆约束系统在正面碰撞中的乘员损伤防护效能研究

论文题名：	可逆约束系统在正面碰撞中的乘员损伤防护效能研究
关键词：	可逆约束系统;汽车安全;正面碰撞;乘员损伤防护
摘要：	乘员约束系统是汽车安全技术挽救乘员生命、降低乘员损伤的最后一道屏障，主要作用是在碰撞事故中约束乘员，防止乘员被抛离车外或与车内部件发生“二次碰撞”。在绝大多数碰撞事故中，乘员约束系统发挥了显著的损伤防护作用，挽救了大量乘员的生命。近年来，飞速发展的汽车集成安全系统以“避撞与降损”为主要目标，构建碰撞安全预警与主动避撞系统，并在碰撞前适时激活乘员约束系统，改善乘员的坐姿与运动状态，从根本上改变了传统约束系统防护乘员的工作方式。鉴于车内乘员在交通事故伤亡总人数中占比非常大的问题，本文在集成安全系统框架理论的指导下，组合应用集中质量模型、计算机仿真模型、优化设计方法与志愿者实验，深入研究了可逆约束系统降低乘员伤亡数量的有效性和重要性。本文主要研究内容与创新点如下：　　1.可逆预紧最优约束力研究。为了揭示可逆约束系统降低乘员碰撞损伤的作用机理，首先改进了胸部冲击损伤响应集中质量模型，结合反求方法，分别获得不同胸部位移约束条件下，有/无可逆预紧的最优约束力与胸部损伤响应结果。结果表明在任一不同约束条件中，可逆预紧都显著降低了最优约束力波形的最大值与加载速率，相应降低了胸部损伤响应指标，从最优约束力理论层面解释了可逆预紧降低乘员碰撞损伤的作用机理。然后利用全过程仿真方法证实了可逆约束系统的最优约束力在碰撞中降低乘员损伤的防护效果，进一步地从控制乘员位移与能量管理角度解释了可逆约束系统降低乘员碰撞损伤的作用机理。　　2.提出可逆约束系统全过程仿真研究方法。可逆约束系统在集成安全系统控制作用下，突破碰撞发生时刻的界限，在碰撞前改变乘员坐姿与位移状态，并对碰撞中乘员损伤结果产生直接影响。为了避免独立分散地研究可逆约束系统碰撞前改善乘员离位坐姿与碰撞中降低乘员碰撞损伤的效能，考虑到这两阶段之间存在的紧密联系，提出了可逆约束系统全过程仿真模型。不同于传统约束系统仿真模型，该模型包含碰撞前紧急制动与各种离位坐姿的主动人体模型，其中可逆预紧的关键性能参数来自两次志愿者实车实验结果，进一步结合志愿者紧急制动实验的运动响应与正面碰撞假人损伤结果验证了该模型的有效性。　　3.可逆约束系统改善乘员坐姿与降低碰撞损伤效能仿真研究。针对碰撞前乘员离位坐姿与紧急制动因素，研究了使用可逆约束系统改善离位坐姿与降低乘员碰撞损伤的有效性。利用全过程仿真模型开展仿真研究，结果表明乘员离位程度越严重，其损伤结果也越严重；而碰撞前紧急制动会加重乘员的离位程度，从而进一步加重乘员损伤程度。碰撞前可逆约束系统的介入能显著改善乘员各种离位坐姿，同时显著降低乘员的损伤风险。且改善乘员离位坐姿效果与损伤风险降低程度紧密相关，体现出可逆约束系统对乘员离位坐姿与紧急制动影响因素的有效应对能力。此结果意味着在汽车安全技术应用中将 AE B搭配可逆约束系统共同推广，有利于消除 AEB对乘员坐姿的不利影响，同时进一步提升乘员约束系统对乘员碰撞损伤的防护效能。　　4.可逆约束系统关键参数匹配优化研究。针对集成安全系统对潜在碰撞事故可能存在的“误判”或“漏判”现象，而未能在碰撞前激活可逆约束系统的问题，创新性地提出了适用于可逆约束系统关键参数匹配优化的“两个阶段”设计原则。应用6σ多目标稳健性优化设计方法，首先分别完成第一阶段传统约束系统与第二阶段可逆约束系统的匹配优化设计，结果表明优化后的关键参数匹配方案能显著提高可逆约束系统的损伤防护效能。然后，分别研究了经第一、二阶段优化后的传统约束系统与可逆约束系统，受到关键性能参数与碰撞强度波动影响作用下损伤防护效能的稳健性。结果表明可逆约束系统在众多因素影响下表现出优良的稳健性，对不确定因素的抗干扰性更强。　　5.可逆约束系统的志愿者实验研究。首先自主研发了可逆预紧式安全带，通过志愿者与假人开展静态平台实验，验证可逆预紧的关键性能参数。实验结果表明可逆预紧式安全带的关键性能参数均达到预期目标。然后，基于汽车集成安全系统构架理论，将包含 FCW与 LDW的事故预警系统，与可逆预紧式安全带组成可逆约束系统，定义系统功能与控制策略；并结合车身加速度、制动踏板角速率、安全带张力传感器，搭建了实车实验平台，开展志愿者主观感受实车道路实验。实验结果表明超过50％的志愿者对可逆约束系统持“接受”与“部分接受”态度；通过适当改进 FCW危急提醒的控制策略，以及模拟 AEB与可逆预紧的紧急制动实验，提高了志愿者对可逆约束系统的接受程度，研究成果为今后进一步开展可逆约束系统研究与应用奠定了基础。
作者：	欧阳志高
专业：	机械工程
导师：	曹立波
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文